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二零一六年九月十四日

中大研发出不对称超级电容器及新型液流电池
可再生能源储存及传输技术取得新突破



由香港中文大学(中大)工程学院院长汪正平教授领导的跨院校研究团队,自2014年起进行为期五年的「智能化太阳能技术︰采集、存储和应用」研究计划。中大研究团队最近成功研发出全球文献记录中最高效能的不对称超级电容器,以及最高容量的液流电池,大大提升储存及传输可再生能源的效能,有助促进可再生能源发电的普及化。相关研究成果分别于《纳米能源期刊》(Nano Energy),以及《自然通讯》(Nature Communications)《先进能源材料期刊》(Advanced Energy Materials)刊登。 

人类对能源需求持续增长,化石燃料却令温室气体不断排放,加剧全球气候变化。因此,开发可再生能源(如︰太阳能及风能)对未来社会发展十分重要。根据国际可再生能源机构于本年六月发表的报告,全球太阳能的发电量占全球总发电量将由现时少于2%,到2030年提升至13%,即于未来14年每年平均增长一倍。报告亦显示,2014年的全球太阳能的发电量较2013年增长近四成,而发电成本预期可在未来十年减少近六成。由此可见,太阳能相关的技术将会愈来愈备受重视,并有庞大的发展潜力。 

虽然全球各国都致力推广可再生能源发电,但其供应并不稳定,往往当用电量高的时候,因为储电不足或传输效能不佳,未能为用户提供足够的电力,大大限制了可再生能源发电的普及性。中大研究团队所研发的不对称超级电容器及新型液流电池,能提升能源储存的效能,有助突破现存技术的限制。 

全球文献记录中最高效能的不对称超级电容器

传统的蓄电池能源密度高,功率密度低;因此,其储电量虽然高,但充电时间较长。而电容器则功率密度高,能源密度低;因此,其充电时间较短,但储电量亦少。两种储存能源的容器,各有其缺点,以致其效能未能达至最佳水平。

汪教授与中大电子工程学系助理教授赵铌教授率领学生及博士后研究生,研发出纳米结构金属氧化物—碳复合材料,并以此物料开发出不对称超级电容器,其能源密度及功率密度分别高达98.0 W h kg-1及22,826 W kg-1,成为全球文献记录中最高效能的不对称超级电容器。 

汪正平教授形容︰「可再生能源时有时无,如太阳能、风能,在黑夜或没风的日子,便无法转化出电能,因此需要具效能的电容器,于日间和有风的时候有效地储蓄这些可再生能源,才可稳定地提供电能。不对称超级电容器结合了蓄电池及电容器的优点,加强储电量及电力传输的速度,有助解决可再生能源供电不稳定的问题。」 

全球文献记录中最高容积量的阴极液流电池

另外,中大机械与自动化工程学系助理教授卢怡君教授的团队继去年成功开发高达294 Ah L -1容积量的阴极液流电池后,今年再创突破,成功结合液相碘化锂和固相硫流阴极,将阴极液流电池的容积量提升至550 Ah L-1,成为全球文献记录中最高容积量的阴极液流电池之一。卢教授已为技术取得专利权,并计划将技术应用于电动车上。 

汪教授表示︰「随著电动车愈来愈普及化,这项技术有强大的发展潜力。事实上,这项研究成果获得业界的肯定和支持,现时已有公司接触洽商合作。同时,这亦意味著可再生能源的普及化将会迈进一步,让我们的空气更加清新。」 

此外,研究团队亦正于中大和声书院内的一栋学生宿舍作实地试验。团队已于宿舍天台安装太阳能板、智能储电系统以及微电网等。由中大讯息工程系研究教授邱达民教授领导的团队亦现正收集数据作分析,协助书院了解其用电情况,以推出基于资料而订制的不同节能政策,并供智慧城市作参考之用。

「智能化太阳能技术︰采集、存储和应用」研究计划简介

研究团队自2014年起获香港政府研究资助局主题研究计划资助6,033万港元,另由中大及其他合作院校分别提供1,380万港元及300万港元,展开为期五年的研究计划。是项研究由30多位来自中大与香港理工大学、香港科技大学及香港大学学者及专家共同合作,提升太阳能发电的效能,让有关技术更加普及。 

研究项目网页:https://sse.erg.cuhk.edu.hk/sse/

(由左起) 中大电子工程学系助理教授赵铌教授、工程学院院长汪正平教授,以及机械与自动化工程学系助理教授卢怡君教授。
(由左起) 中大电子工程学系助理教授赵铌教授、工程学院院长汪正平教授,以及机械与自动化工程学系助理教授卢怡君教授。

由卢怡君教授团队开发的高容积量阴极液流电池。
由卢怡君教授团队开发的高容积量阴极液流电池。

汪正平教授研发的不对称超级电容器 (右上),为发光二极管(下)提供稳定的电源。
汪正平教授研发的不对称超级电容器 (右上),为发光二极管(下)提供稳定的电源。